電子技術(shù)與液壓技術(shù)
電子技術(shù)與液壓技術(shù)
電子技術(shù)與液壓技術(shù)是一對矛盾的兄弟，一方面，電子技術(shù)的進步，特別直線電機得出現(xiàn)，使得液壓技術(shù)又多了競爭對手，而且在許多方面都對液壓技術(shù)造成了影響，另一方面，電子技術(shù)與液壓技術(shù)的結(jié)合，又拓寬了液壓的應(yīng)用范圍，也提高了技術(shù)水平，當(dāng)前電液結(jié)合的液壓元件是液壓技術(shù)發(fā)展中的一個亮點。下面的材料是一些電液結(jié)合方面的資料，希望對大家有所幫助。
近年來，流體傳動技術(shù)借助和移植了電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)以及新材料和新工藝等后取得了顯著成果。尤其是電子、IT技術(shù)和流體傳動技術(shù)的相互融合，更使其提高了與電機傳動的競爭能力，取得新的活力。
一、電液伺服閥和比例閥的性能不斷提高
電液伺服閥和比例閥是在電液伺服比例系統(tǒng)中將微弱的電能轉(zhuǎn)換為大的液壓能量的輸出，是該系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。它決定系統(tǒng)的精度、頻響和工作可靠性，因而自它面世以來，世界各國都對它的研究開發(fā)給予了足夠的關(guān)注。特別在對產(chǎn)品的動態(tài)響應(yīng)、控制精度及工作可靠性(耐污染能力)等方面取得不少成果。
1.電液伺服閥產(chǎn)品
1.1美國MOOG公司
A.直動型高頻響電液伺服閥
該閥門內(nèi)置線性永磁式力馬達驅(qū)動閥芯運動，閥芯的位移由位移傳感器進行檢測，內(nèi)置式電子放大器對主閥芯進行閉環(huán)控制，該閥的特點是：低泄漏、無先導(dǎo)級流量、能耗較低；閥芯驅(qū)動力大，永磁式力馬達的驅(qū)動力為電磁鐵的2倍，抗污染能力強；動態(tài)響應(yīng)好，由于力馬達自然頻率為250Hz，使閥的動態(tài)性能好，且閥的頻率與系統(tǒng)壓力無關(guān)；低滯環(huán)、高分辨率、重復(fù)精度高；當(dāng)斷電和緊急停車時，閥芯可自動回到空位，使負載處于安全狀態(tài)；為提高使用壽命，防止閥芯節(jié)流邊磨損，一般使用時要求過濾精度為10µm(β75)。
例如MOOG公司D633/634系列直動型電液伺服閥，其主要參數(shù)為：流量范圍：3.8～100 L/min(7.0MPa閥壓降)；最大工作壓力：35MPa；分辨率<0.1%；滯環(huán)<0.2%；頻響：40～60Hz(±100%輸入信號)。B.先導(dǎo)級為射流管的雙級電液伺服閥
公司多年來一直生產(chǎn)噴咀檔板型雙級電液伺服閥，該閥具有高頻響、高精度等性能，但是耐污染能力差，要求油液清潔度高。最近發(fā)展了先導(dǎo)級為射流管的雙級電液伺服閥。該閥動態(tài)性能好，耐污染能力強，主閥芯位置用位移傳感器進行電反饋，由內(nèi)置式電子放大器對閥芯進行閉環(huán)控制，具有故障保險(Fail-safe)功能。當(dāng)出現(xiàn)意外斷電故障時，可保障機器設(shè)備處于安全位置。最低先導(dǎo)級的控制壓力為2.5MPa，這一優(yōu)點可使該閥應(yīng)用于汽輪機之類的低壓控制系統(tǒng)中。
C. D660系列伺服比例閥
公司的D660系列伺服比例閥可用作二通、三通、四通和五通節(jié)流型的流量控制閥，適用于電液位置、電液速度、電液壓力和電液力控制系統(tǒng)中，具有很高的動態(tài)響應(yīng)特性和可靠性，廣泛應(yīng)用于各種注塑機、中空成型機、壓鑄機、壓力加工機械、造紙和木材加工等行業(yè)。其主要性能：流量范圍30～1500 L/min(1.0MPa閥壓降)；最大工作壓力35.0 MPa；分辨率<0.2%；滯環(huán)<1.0%；響應(yīng)時間12～42ms；工作壓力為21.0MPa。
1.2日本油研公司的直動式電液伺服閥
該公司的內(nèi)置放大器直動式電液伺服閥L5VHG系列，只需用24V電源輸入一個0～±10V的指令信號便可獲得高精度的液壓控制。該閥由小型強力馬達驅(qū)動閥芯，閥芯位移用差動變壓器進行檢測，內(nèi)置電子放大器進行閥環(huán)控制。LSVHG-03EH型的主要性能是：額定流量180 L/min，工作壓力35MPa，滯環(huán)死區(qū)<0.2%，頻響80～100Hz(±25%V輸入，相位滯后-900)，帶有故障指示信號(在14 MPa條件下的試驗結(jié)果)，耐污染能力強(NAS10級)。
1.3 Bosch-Rexroth公司的電液伺服閥
Bosch-Rexroth公司在日本東京IFPEX 2005展會上展出了品種齊全的電液伺服閥。其中內(nèi)置電子線路的高頻響伺服閥采用直線式電磁鐵驅(qū)動閥芯，由差動變壓器檢測閥芯位移，電子線路控制組成閉環(huán)系統(tǒng)。4WRPEH系列直動型伺服閥中包括：4WRPEH-6額定流量為2～40 L/min(共六種規(guī)格)，頻響120Hz(在-900，±5%輸入，31.5MPa時)；4WRPEH-10額定流量為50、10 L/min，頻響60Hz(在-900，±5%輸入，31.5MPa時)。
2.比例控制閥產(chǎn)品
比例閥具有價格低，耐污染能力強等優(yōu)點，但與伺服閥比頻率響應(yīng)性能差，一般只用于開環(huán)系統(tǒng)。為了使其能用于高響應(yīng)、高精高的閉環(huán)系統(tǒng)，各公司開發(fā)了高頻比例控制閥。
2.1. MOOG公司產(chǎn)品
MOOG公司生產(chǎn)的D680系列伺服比例閥采用了高性能直動式伺服閥作先導(dǎo)級，降低了先導(dǎo)閥泄漏，提高了閥的動態(tài)性能，主閥芯位移用位置傳感器檢測，內(nèi)置式電子放大器對主閥芯位置進行閉環(huán)控制，使用方便。其主要性能：流量范圍30～500L/min(1.0MPa閥壓降)；最大工作壓力35.0 MPa；響應(yīng)時間11～14ms；分辨率<0.03%；滯環(huán)<0.2%；工作壓力21.0MPa。
2. 2 Bosh-Rexroth公司
公司開發(fā)了直動型高頻比例閥4WRSE系列，采用高頻比例電磁鐵驅(qū)動，閥芯位移用電反饋，內(nèi)置電子線路實現(xiàn)閥芯的閉環(huán)控制，具有良好的頻響特性80～105Hz(±10%輸入，21MPa時)。
2.3意大利ATOS公司
公司生產(chǎn)了品種齊全的比例閥，由高精度比例電磁鐵驅(qū)動閥芯位移，由位置傳感器進行檢測，內(nèi)置電子線路實行閉環(huán)控制，頻響接近一般電液伺服閥(25～60Hz，100%閥行程)。但同時還保留了比例閥的特點，比如耐污染能力強，不需要很精細的濾油器，高可靠性、易維修、維護費用低等。
二、發(fā)展電子控制液壓變量油泵，實現(xiàn)節(jié)能，提高精度
由電子控制裝置實現(xiàn)變量柱塞泵的流量、壓力和功率控制。電子控制裝置主要由高頻響電液比例閥、壓力和位移傳感器、電子控制器組成。用閉環(huán)控制取代原來的開環(huán)控制，通過微處理器改變微處理程序，實現(xiàn)泵的各種控制形式，合理的功率匹配和軟啟動，并適應(yīng)負荷變化改變油泵參數(shù)(如流量和壓力)。比如Bosh-Rexroth公司生產(chǎn)的ALOVSO DFEE變量柱塞泵。
在東京IFPEX 2005展覽會上日本油研公司展出了帶閉環(huán)控制和開環(huán)控制的變量柱塞泵，具有良好的節(jié)能效果。它們是A系列04型電液比例負荷傳感型和A系列04E型電液比例流量、壓力閉環(huán)控制型比例變量柱塞泵。
A系列04E型變量柱塞泵是以比例技術(shù)為基礎(chǔ)結(jié)合電子技術(shù)和傳感技術(shù)，實現(xiàn)閉環(huán)控制的變量柱塞泵。通過比例閥對壓力和流量進行匹配控制，并由壓力傳感器和斜盤角度傳感器對輸出壓力和流量持續(xù)監(jiān)控，使輸出的壓力和流量更精確，更接近實際需要的壓力和流量，所以更節(jié)能，控制精度也更高。
三、發(fā)展電氣液壓融合系統(tǒng)(Hybrid系統(tǒng))
這是日本液壓界建立的新概念，即將液壓技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)和電氣技術(shù)相融合，簡稱Hybrid系統(tǒng)。它是高速變頻器(電機)和AC伺服電動機驅(qū)動定量泵的可變速的控制系統(tǒng)，在日本這類系統(tǒng)已經(jīng)商品化。當(dāng)執(zhí)行器不工作時，電機轉(zhuǎn)速以低速運行或停止運行，可以大量節(jié)省能量消耗，還可降低噪聲和系統(tǒng)溫升，油箱的容積和用油量大大減少，下面介紹幾個產(chǎn)品：
1.日本大金(DAIKIN)公司生產(chǎn)的SUT高級高壓液壓單元
大金公司以生產(chǎn)變頻空調(diào)聞名于世，他們將變頻空調(diào)技術(shù)移植到液壓工業(yè)，先后開發(fā)了高速變頻器和IPM節(jié)能高效電機。IPM電機驅(qū)動系統(tǒng)采用了新材料硅鋼片和稀土類磁鐵，驅(qū)動原理除了磁性扭矩外也利用了磁阻扭矩。在整個工作范圍內(nèi)比異步電機效率高、速度精度高、沒有滑動、指令同步運轉(zhuǎn)、不受負載影響、扭矩特性優(yōu)良，即使低速時扭矩也不變小。價格低于AC馬達，比異步電機加普通變頻機稍高。
大金公司的SUT高壓超級單元融合了大金獨有的高效率IPM電機驅(qū)動系統(tǒng)和液壓泵切換控制技術(shù)，具體優(yōu)點包括：通過4種模式的P、Q設(shè)定值進行選擇，簡單實現(xiàn)了多級壓力、流量控制；節(jié)能率達到50%(保壓時21MPa)；低噪聲60dB(A)(21MPa保壓時)，在全負荷運轉(zhuǎn)時噪聲也在70 dB(A)以下；系統(tǒng)溫升小，油箱容積小，用油量少；可減少大量閥門，減少系統(tǒng)阻力和漏油點，減少漏油機率。
2.日本油研公司生產(chǎn)的1H伺服控制單元
該單元由AC伺服馬達、柱塞泵、油箱及液壓控制回路組成一體的小型節(jié)能低噪聲液壓裝置。根據(jù)伺服電動機的轉(zhuǎn)數(shù)控制油泵的輸出流量、壓力，配置帶位置傳感器的液壓缸及專用控制器可以構(gòu)成簡易的位置、速度、壓力、閉環(huán)控制系統(tǒng)。其主要特點包括：節(jié)省能耗，在保壓時系統(tǒng)消耗能量為老系統(tǒng)的1/10；噪聲低，在壓力控制時，油泵回轉(zhuǎn)是為了補償油壓內(nèi)部泄漏，油泵在低速回轉(zhuǎn)時噪聲很�。辉诹髁靠刂茣r，油泵轉(zhuǎn)數(shù)主要滿足主機所需的流量，在低于額定最高轉(zhuǎn)速下工作，因而噪聲較�。恍⌒突�，由于系統(tǒng)發(fā)熱小，油箱容積小，因此由AC電動機、油泵、油箱、液壓控制回路組成的一體化單元，實現(xiàn)了小型化，同時可直接裝于主機上。
3.川崎電液融合系統(tǒng)(Electro-hydraulic Hybrid System)，川崎ECO伺服單元
該系統(tǒng)是由帶有壓力和流量反饋功能的控制器、變頻器、感應(yīng)電機、K3VL軸向柱塞泵、閥門、執(zhí)行器及壓力和位置傳感器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。其特點是：高壓、大流量(最大工作壓力35MPa，排量22～140cm3)；適應(yīng)環(huán)保要求，采用兩級切換式液壓泵和變頻電動機組合，實現(xiàn)了節(jié)省能耗和低噪聲運轉(zhuǎn)；由于配置了專用控制器，使之成為高精度的電液控制系統(tǒng)；應(yīng)用于中小型壓機、機床、試驗裝置及各種產(chǎn)業(yè)機械用液壓源；油泵排量22～140 cm3/r(五種規(guī)格)；最高壓力35MPa；電機容量11～55kW(五種規(guī)格)。
四、適應(yīng)PLC控制和總線連接
1.低能耗電磁閥產(chǎn)品
在東京IFPEX 2005展會上，各公司展出了低能耗電磁閥產(chǎn)品，努力降低電磁換向閥的能耗和滿足現(xiàn)場總線接口的要求。
低保持電流的小型電磁閥。日本TOKIMEC公司展出的DG4VL-3和DG4VL-5小型電磁閥的保持電流分別減低到6W和7.5W，是驅(qū)動電磁鐵功率的1/4(保持電流為換向后使閥芯保持位置所需的電流)。
TOKIMEC公司生產(chǎn)的DG4VC-3和DG4VC-5微小電流控制的小型電磁閥的控制信號為24V、10mA；內(nèi)置半導(dǎo)體開關(guān)，PLC可直接控制，不需外部繼電器，從而可節(jié)省開關(guān)柜尺寸；適應(yīng)總線M12接口。
2.氣動元件
氣動技術(shù)是自動化不可缺少的重要手段。近年來的發(fā)展動向是向小型化、低能耗、精度化、組合化、高速化和潔凈化方向發(fā)展，尤其是氣動系統(tǒng)的潔凈化和低能耗等促進了半導(dǎo)體工業(yè)和制藥工業(yè)的發(fā)展，國外一些展覽會上更充分顯示了氣動技術(shù)的發(fā)展。
2.1.小型化、低能耗電磁閥
日本SMC公司開發(fā)的SO70電磁閥，閥寬7mm，重量僅5g(閥單體)，消耗電力0.35W(標(biāo)準(zhǔn))，采用節(jié)能回路時為0.1W，流通能力Cv0.021，工作噪聲為38dB(A)以下。
2.2.高集成樹脂氣路塊
節(jié)省空間、配置簡單、重量輕，采用熱熔技術(shù)成功地制造出過去注射成形工藝所不能完成的立體流路。可滿足各種用戶多樣化安裝的要求，由于印刷電路板集層化，簡化了配線工件。
2.3.適應(yīng)現(xiàn)場總線控制的氣動元件
現(xiàn)場總線可用單行方式實現(xiàn)信號傳遞，可以簡化布線，節(jié)省大量電纜消耗，還可大大縮減復(fù)雜系統(tǒng)的調(diào)試、故障診斷及日常維護工作。日本SMC公司生產(chǎn)的適用于總線接口的氣動電磁換向閥組GW裝置/EX510(圖18)，輸入和輸出各為64個點，可適用于CC-Link、Device Net、ProfiBUS-DP的連接。SMC生產(chǎn)的大部分氣動電磁閥都適用總線通信系統(tǒng)。
2.4.Parker-KURODA公司的VA01系統(tǒng)小型直動電磁閥
該閥應(yīng)用高速電磁鐵，頻率響應(yīng)時間為3ms，誤差精度為±1ms以下，壽命為2億次，發(fā)塵量甚小，10萬次換向后Φ0.3µm的粒子數(shù)幾乎為零。該閥寬10mm，帶閥座重量為35g，音速流導(dǎo)C值為0.2dm3/s.bar。該閥可用于真空和正壓系統(tǒng)，不含有害物質(zhì)，符合ROHS指令要求。
2.5.日本小金井推出的電磁式無活塞桿氣缸
為適應(yīng)某些領(lǐng)域的需要，近年來不少公司推出了電動氣缸、磁性無桿氣缸等產(chǎn)品。小金井的產(chǎn)品采用了公司獨自生產(chǎn)的鋁管，特點是低速性能好，可達8mm/s，帶防沖擊器，安裝方便。產(chǎn)品符合ROHS指令要求，不含有害物質(zhì)。
結(jié)束語
流體動力傳動是工業(yè)自動化技術(shù)的重要組成部分，它是主機向智能化、自動化、高速化、高效率、高精度、高可靠性、多樣化、潔凈化方向發(fā)展不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。近年來，由于流體動力技術(shù)與電子技術(shù)、信息技術(shù)相結(jié)合，使它產(chǎn)生了新的活力，提高了與電氣和機械傳動的競爭力。
只要沿著此方向走下去，并不斷跟蹤和移植新技術(shù)成果，比如電子、信息、計算機、磨擦磨損等新技術(shù)、新工藝、新材料等成果，發(fā)揮流體傳動的優(yōu)點，克服能耗大、噪聲大等缺點。作為現(xiàn)代傳動與控制的重要組成部分的流體傳動技術(shù)，將不斷擴大應(yīng)用領(lǐng)域，保持強大的競爭力，并不斷向前發(fā)展。